JP7205481B2 - ミラブル型シリコーンゴム組成物及び電界緩和層 - Google Patents
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Description
1.(A)下記(A-1)及び(A-2)成分からなり、(A-1)及び(A-2)成分の合計が100質量部となるアルケニル基含有オルガノポリシロキサン生ゴム
(A-1)下記平均組成式(1)で示される分子鎖両末端がトリアルケニルシロキシ基で封鎖され、アルケニル基含有量が0.25モル%以下であるオルガノポリシロキサン生ゴム:10~100質量部、
(A-2)下記平均組成式(2)で示される分子鎖両末端がモノアルケニルジアルキルシロキシ基で封鎖され、アルケニル基含有量が0.001~10モル%であるオルガノポリシロキサン生ゴム:0~90質量部、
(B)下記平均組成式(3)で示される1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
R4 pHqSiO(4-p-q)/2 (3)
(上記式(3)中、R4は同一又は異種の炭素数1~12の1価炭化水素基であり、pは0.5≦p≦2.2、qは0.002≦q≦1.1、p+qは1≦p+q≦3を満たす正数である。):(A)成分中のアルケニル基の合計1モルに対して(B)成分中のヒドロシリル基が0.5~10モルとなる量
(C)平均1次粒子径が100~350nmのカーボンブラック:50~100質量部、
(D)BET吸着法による比表面積が50m2/g以上の補強性ヒュームドシリカ:5~100質量部、及び
(E)白金族金属触媒:白金族金属量に換算して(A)成分のオルガノポリシロキサン生ゴムに対して1質量ppm~1質量%
を含有することを特徴とするミラブル型シリコーンゴム組成物。
2.(C)成分のカーボンブラックのDBP吸油量が、30~60ml/100gである1記載のミラブル型シリコーンゴム組成物。
3.(D)成分が、疎水性のヒュームドシリカである1又は2記載のミラブル型シリコーンゴム組成物。
4.上記シリコーンゴム組成物の硬化物が、電圧ケーブル用常温収縮ゴム部材として用いられる1~3のいずれかに記載のミラブル型シリコーンゴム組成物。
5.上記1~4のいずれかに記載のミラブル型シリコーンゴム組成物の硬化物であって、該硬化物のJIS K 6249:2003に記載の方法で測定した比誘電率が10以上、体積抵抗率が1.0×1013~1.0×1017Ω・cm、誘電正接が0.1以下、絶縁破壊の強さ(BDV)が7kV/mm以上、切断時伸びは450%以上、引張永久ひずみは180℃で22時間、100%伸張試験条件で20%以下を満たすことを特徴とするミラブル型シリコーンゴム組成物の硬化物からなる電力ケーブル中間接続部又は末端接続部における電界緩和層。
なお、本発明において、カーボンブラック、補強性フィラーの比表面積は、BET吸着法により測定された値である。ミラブル型シリコーンゴム組成物とは、通常、室温(25℃)において自己流動性のない高粘度で非液状のシリコーンゴム組成物であって、ロールミル(例えば、二本ロールミルや三本ロールミル)などの混練機で剪断応力下に均一に混練することが可能なシリコーンゴム組成物を意味する。また、オルガノポリシロキサン生ゴムとは、その重合度が100~100,000の高重合度(高粘度)であって、通常、室温(25℃)において自己流動性のない非液状のオルガノポリシロキサン成分であることを意味する。
(A)成分のアルケニル基含有オルガノポリシロキサン生ゴムは、本組成物の主剤(ベースポリマー)であり、分子鎖末端構造及びアルケニル基含有量が異なる下記(A-1)及び(A-2)成分からなるオルガノポリシロキサンである。なお、本発明において、アルケニル基含有量は以下に記載した1H-NMRスペクトルによって測定した積分比から算出した値を指すものとする。
・測定周波数:400MHz
・測定サンプル:ポリシロキサンの重クロロホルム25質量%溶液を使用した。
・内部標準物質:クロロホルム
(A-1)成分のオルガノポリシロキサンは、1分子中のアルケニル基量の条件を満たしていれば特に制限されないが、主鎖がジオルガノシロキサン単位(R2 2SiO2/2、R2は上記と同じであり、以下同様)の繰り返しからなり、分子鎖両末端がトリアルケニルシロキシ基(R1 3SiO1/2、R1は上記と同じであり、以下同様)で封鎖された、直鎖状のジオルガノポリシロキサンであることが好ましく、これらのオルガノポリシロキサンは、1種単独で用いても、重合度や分子構造の異なる2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
・展開溶媒:トルエン
・流量:1mL/min
・検出器:示差屈折率検出器(RI)
・カラム:KF-805L×2本(Shodex社製)
・カラム温度:25℃
・試料注入量:30μL(濃度0.2質量%のトルエン溶液)
本発明の(B)成分であるオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、本組成物の架橋剤であり、(A)成分のアルケニル基含有ポリシロキサンと付加架橋反応を行い、硬化物を与えるためのものである。
R4 pHqSiO(4-p-q)/2 (3)
(上記式(3)中、R4は同一又は異種の炭素数1~12の1価炭化水素基であり、pは0<p<3、qは0<q≦3、p+qは0<p+q≦3を満たす正数である。)で示される1分子中に少なくとも2個、好ましくは3個以上、より好ましくは3~200個、更に好ましくは4~100個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンである。
(C)成分のカーボンブラックは、本発明のミラブル型シリコーンゴム組成物に対して、比誘電率を増加させるための成分で、かつ絶縁破壊の強さ(BDV)が低下しないことを特徴とするカーボンブラックである。(C)成分のカーボンブラックとしては、平均1次粒子径が、100~350nmであることが必要であり、好ましくは110~300nmである。さらに、DBP吸油量が、30~60ml/100gであることが好ましく、より好ましくは30~50ml/100gである。(C)成分は、サーマルカーボン、ファーネスカーボンから選択することができ、1種単独で使用しても2種以上を併用してもよい。
(D)成分の補強性ヒュームドシリカは、本発明のミラブル型シリコーンゴム組成物に対して、優れた機械的特性を付与する充填材として作用するもので、表面に多数のシラノール(SiOH)基が存在しているものである。(D)成分の補強性ヒュームドシリカのBET法による比表面積は50m2/g以上あることが必要であり、好ましくは100~400m2/gである。この比表面積が50m2/g未満であると、(D)成分による補強効果が不十分となることがある。
白金族金属系触媒は、(A)成分のアルケニル基と(B)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンのケイ素原子結合水素原子(SiH基)とをヒドロシリル化付加反応させる触媒である。白金族金属系触媒としては、白金族金属の単体とその化合物があり、従来、付加反応硬化型シリコーンゴム組成物の触媒として、公知のものが使用できる。例えば、シリカ、アルミナ又はシリカゲルのような担体に吸着させた粒子状白金金属、塩化第二白金、塩化白金酸、塩化白金酸6水塩のアルコール溶液等の白金触媒、パラジウム触媒、ロジウム触媒等が挙げられるが、白金又は白金化合物(白金触媒)が好ましい。
本発明においては、上記(A)~(E)成分に加えて、必要に応じて、(D)成分の補強性ヒュームドシリカの分散剤として、(F)充填材用分散剤を使用することができる。(F)充填材用分散剤としては、各種アルコキシシラン、フェニル基含有アルコキシシラン及びその加水分解物、ジフェニルシランジオール、カーボンファンクショナルシラン、シラノール基含有低分子シロキサン、両末端シラノール基封鎖オルガノポリシロキサン等が挙げられる。
その他の成分として本発明で示されるミラブル型シリコーンゴム組成物には、本発明の目的を損なわない範囲において、上記成分に加え、必要に応じて、粉砕石英、珪藻土、炭酸カルシウム等の充填材、着色剤、引裂き強度向上剤、耐熱向上剤、白金化合物等の難燃性向上剤、受酸剤、アルミナや窒化ケイ素等の熱伝導性向上剤、離型剤等の、熱硬化型シリコーンゴム組成物における公知の充填剤及び添加剤を添加してもよい。その他の成分は1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
ジメチルシロキサン単位99.917モル%、トリビニルシロキシ単位0.033モル%、メチルビニルシロキシ単位が0.050モル%からなり、上記式(1)におけるa=5,995、b=3であり、平均重合度が約6,000であるオルガノポリシロキサン生ゴム(A1)100質量部、BET吸着比表面積が130m2/gの表面が疎水処理化されたヒュームドシリカ(アエロジルR-972、日本アエロジル(株)製)25質量部、分散剤として両末端シラノール基を有し、平均重合度4、25℃における粘度が15mPa・sであるジメチルポリシロキサン2質量部を添加し、170℃で2時間、ニーダーにより混合下で加熱した後、「ベースコンパウンド1」を作製した。上記「ベースコンパウンド1」 127質量部に対して、カーボンブラックとして、平均1次粒子径が120nm、DBP吸油量が30ml/100gのカーボンブラック(旭#8、旭カーボン社製)57質量部を混合し「コンパウンドI」を調製した。上記「コンパウンドI」 184質量部に対して、側鎖にSiH基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(平均重合度38、SiH基が0.0074モル/gの両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体)0.46質量部、白金触媒(Pt濃度1質量%)0.18質量部、反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール0.10質量部を混合し、「組成物1」を作製した。
(A)成分として、上記オルガノポリシロキサン生ゴム(A1)90質量部、及びジメチルシロキサン単位99.967モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.033モル%からなり、上記式(2)におけるa=5,998、b=0であり、平均重合度が約6,000であるオルガノポリシロキサン生ゴム(A2)10質量部とした以外は、実施例1と同様にして「組成物2」を得た。
カーボンブラックとして、平均1次粒子径が120nm、DBP吸油量が30ml/100gのカーボンブラック(旭#8、旭カーボン社製)25質量部、平均1次粒子径が280nm、DBP吸油量が44ml/100gのカーボンブラック(サーマックスN990、CanCarb社製)51質量部とし、さらに、(B)、(E)、エチニルシクロヘキサノールの使用量を変更した以外は、実施例1と同様にして「組成物3」を得た。
ジメチルシロキサン単位99.867モル%、トリビニルシロキシ単位0.033モル%、メチルビニルシロキシ単位が0.100モル%からなり、上記式(1)におけるa=5,992、b=6であり、平均重合度が約6,000であるオルガノポリシロキサン生ゴム(A1-2)100質量部とし、上記分散剤を0質量部とした以外は、実施例3と同様にして「組成物4」を得た。
(A)成分として、上記オルガノポリシロキサン生ゴム(A1)10質量部、及びジメチルシロキサン単位99.967モル%、ジメチルビニルシロキシ単位0.033モル%からなり、上記式(2)におけるa=5,998、b=0であり、平均重合度が約6,000であるオルガノポリシロキサン生ゴム(A2)90質量部とし、カーボンブラックとして、平均1次粒子径が120nm、DBP吸油量が30ml/100gのカーボンブラック(旭#8、旭カーボン社製)25質量部、平均1次粒子径が280nm、DBP吸油量が44ml/100gのカーボンブラック(サーマックスN990、CanCarb社製)51質量部とし、さらに、(B)、(E)、エチニルシクロヘキサノールの使用量を変更した以外は、実施例1と同様にして「組成物5」を得た。
(A)成分として、上記オルガノポリシロキサン生ゴム(A2)50質量部、ジメチルシロキサン単位が99.85モル%、メチルビニルシロキサン単位0.117モル%,ジメチルビニルシロキシ単位0.033モル%からなり、上記式(2)におけるa=5,991、b=7であり、平均重合度が約6,000であるオルガノポリシロキサン生ゴム(A3)50質量部、BET吸着比表面積が200m2/gのヒュームドシリカ(アエロジル200、日本アエロジル(株)製)25質量部、分散剤として両末端シラノール基を有し、平均重合度4、25℃における粘度が15mPa・sであるジメチルポリシロキサン5質量部を添加し、170℃で2時間、ニーダーにより混合下で加熱した後、「ベースコンパウンド5」を作製した。上記「ベースコンパウンド5」 130質量部に対して、カーボンブラックとして、平均1次粒子径が280nm、DBP吸油量が44ml/100gのカーボンブラック(サーマックスN990、CanCarb社製)80質量部を混合し「コンパウンドV」を調製した。上記「コンパウンドV」 210質量部に対して、側鎖にSiH基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(平均重合度38、SiH基が0.0074モル/gの両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体)0.53質量部、白金触媒(Pt濃度1質量%)0.2質量部、反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール0.11質量部を混合し、実施例1と同様にして「組成物6」を得た。
(A)成分として、上記オルガノポリシロキサン生ゴム(A2)50質量部、及びジメチルシロキサン単位が99.85モル%、メチルビニルシロキサン単位0.117モル%,ジメチルビニルシロキシ単位0.033モル%からなり、平均重合度が約6,000であるオルガノポリシロキサン生ゴム(A3)50質量部、BET吸着比表面積が130m2/gの表面が疎水処理化されたヒュームドシリカ(アエロジルR-972、日本アエロジル(株)製)30質量部、分散剤として両末端シラノール基を有し、平均重合度4、25℃における粘度が15mPa・sであるジメチルポリシロキサン2質量部を添加し、170℃で2時間、ニーダーにより混合下で加熱した後、「ベースコンパウンド6」を作製した。上記「ベースコンパウンド6」 132質量部に対して、カーボンブラックとして、平均1次粒子径が280nm、DBP吸油量が44ml/100gのサーマルブラック(サーマックスN990 Ultra Pure、CanCarb社製)105質量部を混合し「コンパウンドVI」を調製した。上記「コンパウンドVI」 237質量部に対して、側鎖にSiH基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(平均重合度38、SiH基が0.0074モル/gの両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体)0.59質量部、白金触媒(Pt濃度1質量%)0.2質量部、反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール0.12質量部を混合し、実施例1と同様にして「組成物7」を得た。
硬化剤として、(B)側鎖にSiH基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサンと(E)白金触媒の代わりに、2,5-ジメチル-ビス(2,5-t-ブチルパーオキシ)ヘキサン(商品名:パーヘキサ25B,日油社製)1.0質量部を用い、さらに、エチニルシクロヘキサノールを使用しなかった以外は、実施例1と同様にして「組成物8」を得た。
オルガノポリシロキサンとして、ジメチルシロキサン単位が99.85モル%、メチルビニルシロキサン単位0.117モル%,ジメチルビニルシロキシ単位0.033モル%からなり、平均重合度が約6,000であるオルガノポリシロキサン生ゴム(A3)100質量部とした以外は、実施例1と同様にして「組成物9」を得た。
(A)成分として、ジメチルシロキサン単位99.967モル%、トリビニルシロキシ単位0.033モル%からなり、上記式(1)におけるa=5,998、b=0であり、平均重合度が約6,000であるオルガノポリシロキサン生ゴム(A4)100質量部とした以外は、実施例1と同様にして「組成物10」を得た。
カーボンブラックとして、平均1次粒子径が280nm、DBP吸油量が44ml/100gのカーボンブラック(サーマックスN990、CanCarb社製)102質量部とし、さらに、(B)、(E)、エチニルシクロヘキサノールの使用量を変更した以外は、実施例1と同様にして「組成物11」を得た。
カーボンブラックとして、平均1次粒子径が120nm、DBP吸油量が30ml/100gのカーボンブラック(旭#8、旭カーボン社製)38質量部とし、さらに、(B)、(E)、エチニルシクロヘキサノールの使用量を変更した以外は、実施例1と同様にして「組成物12」を得た。
カーボンブラックとして、平均1次粒子径が80nm、DBP吸油量が28ml/100gのカーボンブラック(アサヒサーマル、旭カーボン社製)57質量部とした以外は、実施例1と同様にして「組成物13」を得た。
成形圧力:7.8MPa(80kgf/cm2)で120℃×10分間プレスキュアし、その後、200℃×4時間ポストキュア(二次加硫)し、100mm角、厚さ5mm、2mm、1mmの試験用硬化物シートを作製した。
上記実施例1~5及び比較例1~8の各例で調製したシリコーンゴム組成物(「組成物1」~「組成物13」)について、成形温度120℃、成形圧力7.8MPa(80kgf/cm2)、成形時間10分間の条件で100mm角、厚さ5mmの正方形の硬化物を作製した。その後2次加硫(ポストキュア)を200℃で4時間行ない、比誘電率及び誘電正接測定用サンプルを作製した。比誘電率及び誘電正接測定用サンプルについては、総研電気(株)製自動シェーリングブリッジ(機器名DAC-IM-D1)を使用して比誘電率及び誘電正接を測定した。電極は、主電極50mmφ、ガード電極54×80mmφ、対電極80mmφを使用し、測定用周波数は50Hzで行なった。印加電圧が500Vでの測定値を読み取った。
体積抵抗率は、上記ゴム物性と同様の硬化条件で、厚さ1mmの試験用ゴムシートを作製し、JIS K 6249:2003に準拠して測定した。
絶縁破壊の強さは、上記ゴム物性と同様の硬化条件で、厚さ1mmの試験用ゴムシートを作製し、昇圧速度2kV/秒で昭和シェル石油株式会社製トランスオイルAのオイルを使用してJIS K 6249:2003記載の方法にて測定した。
Claims (5)
- (A)下記(A-1)及び(A-2)成分からなり、(A-1)及び(A-2)成分の合計が100質量部となるアルケニル基含有オルガノポリシロキサン生ゴム
(A-1)下記平均組成式(1)で示される分子鎖両末端がトリアルケニルシロキシ基で封鎖され、アルケニル基含有量が0.25モル%以下であるオルガノポリシロキサン生ゴム:10~100質量部、
(A-2)下記平均組成式(2)で示される分子鎖両末端がモノアルケニルジアルキルシロキシ基で封鎖され、アルケニル基含有量が0.001~10モル%であるオルガノポリシロキサン生ゴム:0~90質量部、
(B)下記平均組成式(3)で示される1分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
R4 pHqSiO(4-p-q)/2 (3)
(上記式(3)中、R4は同一又は異種の炭素数1~12の1価炭化水素基であり、pは0.5≦p≦2.2、qは0.002≦q≦1.1、p+qは1≦p+q≦3を満たす正数である。):(A)成分中のアルケニル基の合計1モルに対して(B)成分中のヒドロシリル基が0.5~10モルとなる量
(C)平均1次粒子径が100~350nmのカーボンブラック:50~100質量部、
(D)BET吸着法による比表面積が50m2/g以上の補強性ヒュームドシリカ:5~100質量部、及び
(E)白金族金属触媒:白金族金属量に換算して(A)成分のオルガノポリシロキサン生ゴムに対して1質量ppm~1質量%
を含有することを特徴とするミラブル型シリコーンゴム組成物。 - (C)成分のカーボンブラックのDBP吸油量が、30~60ml/100gである請求項1記載のミラブル型シリコーンゴム組成物。
- (D)成分が、疎水性のヒュームドシリカである請求項1又は2記載のミラブル型シリコーンゴム組成物。
- 上記シリコーンゴム組成物の硬化物が、電圧ケーブル用常温収縮ゴム部材として用いられる請求項1~3のいずれか1項記載のミラブル型シリコーンゴム組成物。
- 請求項1~4のいずれか1項記載のミラブル型シリコーンゴム組成物の硬化物であって、該硬化物のJIS K 6249:2003に記載の方法で測定した比誘電率が10以上、体積抵抗率が1.0×1013~1.0×1017Ω・cm、誘電正接が0.1以下、絶縁破壊の強さ(BDV)が7kV/mm以上、切断時伸びは450%以上、引張永久ひずみは180℃で22時間、100%伸張試験条件で20%以下を満たすことを特徴とするミラブル型シリコーンゴム組成物の硬化物からなる電力ケーブル中間接続部又は末端接続部における電界緩和層。
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